自动打印机(机械原理课程设计)

课程设计说明书 题 目： 自动打印机机构设计自动打印机机构设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲师 200 9 年 1 月 16 日 目录目录 目 录.I 1 题目.1 2.1 设计题目.1 2.2 设计任务及要求.1 2.3 设计数据.1 2.4 运动方案构思及提示1 3 运动方案.2 4 运动循环图.6 5 设计计算.7 5.1 电动机的选择.7 5.2 涡轮蜗杆机构设计.7 5.3 齿轮机构设计.7 5.4 圆柱凸轮间歇机构设计.8 5.5 打印凸轮机构设计.8 6 打印机构运动曲线分析.9 7 总结11 参考文献.12 一、题目：自动打印机机构设计 二、设计题目以及任务 2.1 设计题目 设计自动打印机机构。 2.1.1 功能要求及工艺动作分解提示 1）总功能要求：在产品上打印记号 2）工作原理及工艺动作分解提示 自动打印机系统的工作原理及工艺动作如图 10.1 所示该系统由 电机驱动主轴上的三个执行机构，完成送料、夹紧和打印、输出的任务。自动打印机系统的系统功 能图如下所示。 送料、加紧 打印 输出 执行构件作间隙运动 执行构件作间隙运动 执行构件作间隙运动 直线或曲线运动 停止 直线或曲线运动 直线或曲线运动 停止 停止 2.2 设计任务及要求 1）本题设计的时间为 3 周。 2）根据功能要求，确定工作原理和绘制系统功能图。 3）构思系统方案（至少两个以上） ，进行方案评价，选出较优方案。 4）按工艺动作过程拟定运动循环图。 5）对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计。 6) 绘制系统机械运动方案简图。 7）编写设计说明书。 8）要求机构的结构简单紧凑，运动灵活可靠、易于加工制造。 2.3 设计数据 1）待打印产品尺寸，长 100mm，宽 70mm，高 30mm 2）产品重量，约 5-10N 3）自动打印机的生产率，80 次/min。 2.4 运动方案构思提示 1） 实现送料-夹紧功能的机构可以采用凸轮机构或有一定停歇时间的连杆机构。当送 料、夹紧机构的执行构件将产品推至指定位置，执行构件停止不动，维持推紧力（前 有挡块挤压） ，待打印机构执行件打完印后，被推出。 2） 实现打印功能的机构可以采用平面连杆机构或直动（摆动）凸轮机构。 3） 实现输出功能的机构可以采用与送料、夹紧机构相类似的机构。为简化结构，可 考虑固定定位挡块，而将输出运动与送料运动的方向互相垂直。 4） 自动打印机系统采用一个电机驱动主轴控制三个机构的执行构件完成各自的功能 运动，如何将三个执行机构的主动件均固定在主轴上而达到设计要求是需要认真考虑。 自动打印机系统 三、 运动方案 1、方案 1：机构简图如下 2、 方案分析方案分析：此方案采取的是用偏心凸轮和若干个连杆构成的。输送杆垂直方向 的运动是有偏心轮驱动的，而水平方向的往复运动则有曲柄驱动。从而达到间歇送料 的目的。当传带翻转时，已加工好的产品自动输出。产品的夹紧主要是采用固定口的 方法夹紧。 优点：连杆机构一般均为低副。其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较 大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证 工作的可靠有利。凸轮的使用容易实现预期的运动规律。 缺点：（1）由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传动路线较 长，易产生较大的误差积累，同时也使效率降低。 （2）在连杆机构运动中，连杆所产生的惯性力难以用一般方法消除，因 而此机构不宜用于高速运动。 （3）连杆须较高的运动精度。 （4）送料机构所需的空间较大，造成经济上的浪费。 2、方案 2：机构简图如下 传动部分采取槽轮机构，平面图如下 方案分析方案分析：此机构的送料部分采取的是盘型结构，盘的转动通过槽轮带转，从而实 现其间歇送料的目的。夹紧部分采取的是固定位置夹紧。产品输出利用定位固定挡块 的方法，将产品垂直方向输出。输出运动于送料运动的方向互相垂直。 优点： 机构紧凑，使传动速率增大。因为有紧凑的机构，所以减少占地面积。用 槽轮传动，所以工作可靠，在圆销进入和脱离啮合时，运动平稳，能准确控制转动的 角度。 缺点：槽轮的配合要求比较高。槽轮的转角大小不能够调节，在转位始末有冲击。 因此此机构只能应用于转速要求不高的装置中。 3、方案 3：机构简图如下 带动部分为凸轮式间歇运动机构。其平面图如下 方案分析方案分析：打印机构通过凸轮来达到间歇运动目的，在远休止处打印，近休止处 等待送料过来。与凸轮连接的滚子通过弹簧使其始终与凸轮相连，本来凸轮具有易磨 损的特点，滚子的应用很好的解决了这个问题；夹紧部分采取的是固定位置夹紧； 盘的转动通过应用凸轮式间歇运动机构来带动，使之实现间歇运动；产品输出利用定 位固定挡块的方法，将产品从下输出。输出运动于送料运动的方向互相垂直。 优点：只要适当设计出凸轮轮廓曲线，就可使从动盘获得所预期运动规律。其动载 荷小，无刚性和柔性冲击。无需采用其他的定位装置，就可获得高的定位精度。且机 构结构紧凑，节约使用空间。 缺点：加工成本高，对装配、调整要求严格。 综上所述，根据技术、经济、安全可靠及实际的可能性四个方面的内容，选用方案机综上所述，根据技术、经济、安全可靠及实际的可能性四个方面的内容，选用方案机 构简图如下。构简图如下。 送料机构：利用包装纸盒自身重量,通过传输桶,并利用圆柱凸轮间歇机构带动其传输到 打印工位.。 夹紧机构：利用托盘上的凹陷来固定产品，使之当高速运转时，产品不被甩出。 工作台机构如下图所示。按照打印的产品尺寸设定工作台的凹陷面积。 四、运动循环图 在同一时间段，工作转台与打印机构的同步化循环图如下图所示（工作转台与间歇机构的从动盘同 轴转动） 打印机构打印一次，凸轮转动一周，则圆柱凸轮间歇机构要转两周，所以当凸轮的转 速为 80r/min，圆柱凸轮的转速为 160r/min 五 设计计算 5.1 电动机的选择电动机的选择 5.2 涡轮蜗杆涡轮蜗杆机构设计 齿数模数（mm）压力角（0）直径（mm）螺旋角 蜗轮 3552017514.04 蜗杆 45209014.04 5.3 齿轮齿轮机构设计 序列号齿数模数（mm）压力角（）直径（mm） 齿轮 1262.52065 齿轮 2262.52065 齿轮 3262.52065 齿轮 4522.520130 电动机型号额定功率/(kW)满载转速 /（r*min-1） 堵转转矩/额定转 矩 最大转矩/最大转 矩 同步转速 1500r/min，4 级 Y90S-41.114002.22.2 5.4 圆柱式凸轮间歇圆柱式凸轮间歇机构设计 单位（mm） 弦距销距半角两柱销最 小距离 柱销中心 圆半径 R2 柱销直径柱销数主动凸轮 直径 R1 103.325 22.5 53.325135508100 5.5 打印凸轮打印凸轮机构设计（如下图所示） 基圆半径 (mm) 升程（mm）近休止角 （） 远休止角 （） 推程角（） 回程角（） 50306060120120 六、打印机构运动曲线分析。 推程段：推程段： 推杆推程运动方程为 S=h(/0) sin(2/0)/(2) V=w1-cos(2/0)/0 a=2hw2sin(2/0)/02 凸轮主要用于带动打印头的运动，而物料的长、宽、高为：100mm70mm30mm，参考可取 推杆行程 h=50mm。 结合运动循环图得 0=120，已定条件 n=80(r/min) 所以得出以下数据 凸轮升程段：凸轮升程段： 滑块的位移分析 位移（mm） 0 5 10 15 20 25 30 35 020406080100120140 位移（mm） 滑块的速度分析 速度曲线图 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 020406080100120140 速度（mm/s） 滑块的加速度分析 加速度曲线图 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 020406080100120140 加速度(mm2/s) 由以上数据表面该机构没有刚性与柔性冲击，对凸轮的正常运转工作没有太大影响。 七、总结 通过这次课程设计，我对机械原理课程设计加深了理解与认识。对连杆机构，凸 轮机构和齿轮机构的运动特点有了进一步的认识，学到了一些实践性的东西。 首先，经过计算机模拟运动分析可以得到直观的运动曲线，从而对各种机构的运 动特性有了更深一步的理解。对机械系统设计的步骤及方法，其中包括选择模型，运 动方案的确定，运动学和动力学的分析和整体设计等，并提高了我的计算，分析，计 算机辅助设计，绘图以及查阅和使用文献的综合能力。 其次，对于一些在机械原理课程中提到的比较抽象或者很少提及的概念有了一个 认识，例如传动比的分配，各种参数的选择等，参数不同对结果的影响很大，甚至实 现不了要求的运动动作。通过自己对各种参数的选择，了解了这些参数的选择方法。 最后，通过这一次的课程设计，我明白自己对本课程的很多概念没有做到真正的 理解，所以造成设计时的茫然。所以，这就要求我在以后的学习中，在理解概念的基 础上，把握课程的本质，踏踏实实学习专业知识，能做到学有所用。 参考文献 1 孔凌嘉，张春林。机械基础综合课程设计 北京理工大学出版社 2004 2 于惠力，张春宜，潘承怡.机械设计课程设计M.北京：科学出版社，2007. 3 刘跃南 机械系